Dissertations / Theses on the topic 'Chaleur de sorption'

Le couple zéolite/H2O, qui présente une densité énergétique importante et remplit les conditions d’innocuité requises pour un système de stockage de chaleur pour l’habitat, est mis en œuvre dans réacteur modulaire à lit fixe. Un modèle monodimensionnel de transferts couplés de masse et de chaleur dans un lit fixe de grains de zéolite parcourus par un flux d'air humide été élaboré. Ce dernier a été conçu de façon à pouvoir intégrer rapidement des données sur de nouvelles générations de matériaux et coupler le réacteur à d’autres modèles : bâtiment/sous-station/quartier. L'étape de validation expérimentale montre que le modèle permet une estimation satisfaisante de l'autonomie, la durée d'amorçage et la puissance moyenne fournie en phase de décharge ainsi que la durée de charge. Ce modèle est donc un bon outil de dimensionnement et de pilotage du réacteur. L'analyse de sensibilité a montré que l'amélioration des prévisions du modèle requiert une évaluation plus précise de la chaleur complémentaire de sorption et de la porosité du lit. Après avoir estimé les besoins de chauffage d'une maison BBC deux dimensionnements ont été proposés afin d'effacer soit l'hyper-pointe de 18h - 20h soit la semaine la plus froide. Si la première stratégie aboutit à un système de stockage plus compact, la seconde permet de réduire le nombre de cycles marche/arrêt. Pour un îlot de 50 maisons BBC, la notion de foisonnement est considérée lors de l'estimation des besoins en chauffage pendant la semaine la plus froide. La phase de charge du système de stockage se ferait par le biais de la chaleur fatale récupérée dans l'industrie. Pour des stratégies d'effacement similaires (semaine la plus froide en hiver), un volume équivalent de 544 litres par maison dans l'îlot suffit pour répondre aux besoins de chauffage à Nancy contre 580 litres pour une maison BBC seule
Heat storage systems for residential house heating could contribute to smoothing the load curve and would help prevent the use of the most polluting power plants or electricity imports during consumption peaks. Thermochemical heat storage systems are suitable for the intended application since they have high energy densities and low thermal losses. This thesis focuses on the design of an adsorption heat storage system that would be used to shed the load curve of the heating device of a house or residential district during the winter peak consumption periods. The zeolite/H2O pair, which has interesting features such as a high energy density and meets the conditions of safety required for a heat storage system for housing, is implemented in a modular fixed bed reactor. A 1D pseudo-homogeneous model was developed in order to simulate the performance of a fixed bed of zeolite during the adsorption and desorption of water. The latter was designed so as to facilitate the integration of data on new generations of materials and model couplings. The need to obtain data on the sorption properties of the zeolite/H2O pair to have reliable simulation results has been demonstrated, particularly at low partial pressures of water vapor and under the operating conditions selected. The experimental validation phase shows that the pseudo-homogeneous model provides a satisfactory estimate of criteria such as the autonomy, the responsiveness and the average power delivered during the discharging phase and the charging time. The model is thus a good sizing and management tool of the reactor. A sensitivity analysis, with the method of Morris, showed that improved model estimates require a more accurate assessment of the additional heat of sorption and porosity of the bed. After assessing the heating needs of the LEB house with a thermal model of the latter in cold climate conditions, two heat storage reactors were sized in order to shed the heating system's load curve either between 6 and 8pm or during the coldest week of the year. While the first strategy results in a more compact storage system, the second makes it possible to reduce the number of on/off cycles. The need for predictive control for monitoring the storage system was highlighted. As for the residential district of 50 LEB houses, diversity is considered when estimating the heating needs of the latter during the coldest week in Nancy. The heat source during the charging phase of the container would be industrial waste heat. During the coldest week, two sizings are suggested. For similar load shedding strategies, the comparison of the equivalent storage volume per house in the district with the storage volume for a single house serves highlights the importance of taking into account diversity. In order to meet the heating needs in Nancy, an equivalent volume of 544 liters per house in the district is sufficient whereas 580 liters are needed for a LEB house

Le défi énergétique imposé par l’épuisement des énergies fossiles d’une part et par leur consommation croissante d’autre part, a favorisé l’apparition d’une gestion optimale de l’énergie basée sur l’utilisation de ressources propres et renouvelables telles que l’énergie solaire. Le secteur du bâtiment est le principal consommateur d’énergie. Une grande partie de cette énergie est consommée par les systèmes de chauffage. Par conséquent, une bonne gestion peut être réalisée grâce à l’utilisation des technologies de stockage thermochimique d’énergie. L’avantage principal d’utiliser ce type de système est la possibilité de stocker de la chaleur pendant la période de disponibilité maximale du rayonnement solaire, en été (étape de déshydratation) et la libérer pour chauffer une maison pendant la période hivernale (étape d’hydratation). L’amélioration des propriétés d’adsorption des matériaux pour le stockage thermochimique de la chaleur est l’objectif principal de ce travail. L’utilisation d’adsorbants poreux tels que les zéolithes dans le domaine du stockage saisonnier de la chaleur s’avère être une solution intéressante pour la réduction de la consommation d’énergie. Par ailleurs, le développement de nouveaux matériaux composites à base d’hydrate de sel a été étudié pour améliorer les capacités de stockage à la fois des matrices mésoporeuses et des hydrates salins. Une comparaison entre les différentes séries de matériaux de stockage thermochimiques sélectionnés et synthétisés a été réalisée, concernant l’impact de la nature et de la quantité de sel ajouté et des propriétés physicochimiques des matériaux poreux sur leurs densités de stockage de chaleur et leurs capacités de sorption d’eau. Afin de mieux comprendre le comportement d’adsorption-désorption, les différents types de matériaux de stockage sélectionnés ont été caractérisés d’un point de vue structural et textural en utilisant des techniques appropriées et par adsorption de la vapeur d’eau en utilisant un analyseur thermique TG-DSC 111 de Setaram. Des cycles successifs d’hydratation (à 20°C) / déshydratation (à 150°C) ont été effectués
The energy challenge imposed by exhaustion of fossil fuels and their increasing consumption has favored the emergence of optimal energy management based on the use of alternative resources such as solar energy. The household sector is the main consumer of energy. A large part of this energy is consumed by heating systems. Therefore, good management can be achieved through the use of thermochemical energy storage technology. The main advantage to use this type of system is the possibility to store heat during the maximum availability of solar radiation in summer (dehydration step) and release the energy on demand for heating houses in winter (hydration step). The improvement of the adsorption properties of materials for thermochemical heat storage is the main objective of this work. The use of porous adsorbents such as zeolites in the field of seasonal heat storage is an attractive solution for the reducing of energy consumption. On the other hand, the development of new composite materials based on hydrate salt is made to improve the heat storage capacities of both pure mesoporous host matrix and hydrate salt. A comparison among different series of thermochemical storage materials selected and synthesized was done by analyzing the impact of salt addition and physico-chemical properties of porous materials on the heat storage and water sorption performances. In order to understand the adsorption-desorption behavior, different kinds of materials were characterized in their structural, textural and surface properties by using appropriate techniques and by adsorption of water vapor using a Setaram TG-DSC 111 apparatus. Successive cycles of hydration (at 20°C) / dehydration (at 150 °C) were performed

Etude des systemes methanol-cacl::(2)-solvant et d'une pompe chimique fonctionnant a 1,9 et 0,6 bars; l'effet de pompe a chaleur double limite l'interet de tels systemes. Choix du systeme methanol-glycerol, et etude des equilibres liquide/vapeur et des proprietes thermodynamiques du systeme. Correlations utilisees pour la simulation d'une pompe a chaleur et d'un transformateur de chaleur. Modele pour l'absorbeur a alimentation tangentielle. Performances reelles d'une machine a absorption

Le transport de froid ou de chaleur sur longues distances constitue un enjeu majeur d’un point de vue énergétique, économique (valorisation de rejets thermiques) et environnemental (diminution des émissions de CO2). Jusqu’à présent, le transport d’énergie est basé sur la chaleur sensible (eau chaude) ou latente (vapeur). En raison de leurs importantes déperditions thermiques, ces réseaux se limitent aux réseaux urbains (<10km). D’autres systèmes, basés sur des processus endo/exothermiques, permettent un transport d’énergie à plus longue distance. Notre étude s’intéresse en particulier aux procédés thermochimiques utilisant des réactions chimiques renversables solide/gaz : le fluide transporté est du gaz à température ambiante. La première partie du manuscrit décrit les potentialités des procédés thermochimiques : températures de fonctionnement et rendements énergétiques. La partie du procédé relative au transport, est étudiée pour comprendre la gestion et de l’impact du transport du fluide sur les performances du procédé. Une comparaison avec les réseaux de chaleur sensible est également réalisée. La deuxième partie s’intéresse au couplage de deux procédés thermochimiques en cascade thermique. Ce nouveau procédé présente des performances idéales, énergétiques et températures de fonctionnement, supérieures à celles des procédés classiques. Ce système innovant met en jeu un nouveau réacteur : réacteur autotherme. L’analyse théorique du fonctionnement cyclique et énergétique de ce réacteur est décrite. Une étude expérimentale est réalisée : la conception, la construction du prototype et les résultats expérimentaux sont détaillées
Networks of thermal energy transportation are classically based on sensible heat transport and thus they are limited to short distances. In order to realize a long-distance transport, thermochemical processes are investigated, and particularly an innovating system that couples two thermochemical dipoles. The advantages of thermochemical processes, the energetic performances and the operating cost of transport are presented. A comparison with sensible heat network is also done. An experimental study of this innovating system is also made in order to understand the main point of the system: autothermal reactor

Les modèles prédictifs constituent aujourd'hui une aide précieuse tant pour la conception des bâtiments que pour l'évaluation de leurs consommations énergétiques. Malgré l'incontestable rôle joué par l'humidité dans le domaine du bâtiment, ses interactions avec le bâtiment ne sont pas systématiquement prises en compte dans les outils de simulation. De plus, dans la plupart des cas, ces modèles de prédiction considèrent les conditions ambiantes du local uniformes, ce qui s'avère être une approche particulièrement inadaptée pour traiter le cas des ambiances climatisées. Cette étude propose un modèle pour prédire les champs thermiques, hydriques et aérauliques d'un espace climatisé, selon l'approche zonale. Cette méthode est basée sur la discrétisation spatiale d'un local en un nombre réduit de zones où, à l'exception de la pression qui varie hydrostatiquement, toutes les variables d'état de l'air sont considérées constantes. L'approche zonale ne permet donc pas une description fine des conditions environnementales de l'ambiance comme un code de champ de type CFD, toutefois elle permet d'identifier, à un coût de calcul raisonnable, certaines hétérogénéités du local qui sont importantes lors de l'étude du confort thermique. Le modèle proposé est structuré en trois groupes de sous-modèles représentant les trois domaines d'un espace climatisé : l'air ambiant, l'enveloppe et le système de climatisation. Le sous-modèle de l'air ambiant est relatif à la partie de l'ambiance où l'écoulement peut être considéré comme à faible vitesse, alors que le sous-modèle de l'enveloppe est relatif aux échanges radiatifs entre l'enveloppe et son voisinage et les transferts de chaleur et de masse à travers les matériaux constituant l'enveloppe. Ces derniers peuvent, quant à eux, être représentés par quatre sous-modèles de niveaux de complexité différents, parmi lesquels, deux prennent en compte les phénomènes d'adsorption et de désorption d'humidité par les matériaux poreux de construction. Concernant le sous-modèle du système de climatisation, il décrit l'équipement de conditionnement d'air proprement dit, son système de régulation et l'écoulement du jet d'air issu de cet équipement. Ce groupe de sous-modèles a été couplé au sein d'une plate-forme de simulation modulaire, SPARK, particulièrement bien adaptée à la comparaison des différents modèles. L'applicabilité du présent modèle est montrée à travers deux exemples. Dans le premier, l'importance de la prise en compte des phénomènes de sorption d'humidité lors de la prédiction des conditions environnementales d'une ambiance est mise en évidence. Quant au deuxième exemple, il montre l'impact de l'hygrométrie de l'environnement extérieur sur les conditions ambiantes d'un local climatisé et sur la performance de son équipement de conditionnement d'air
Nowadays, building simulation models represent an important tool for building conception and performance analysis. Although moisture interacts in many ways with the whole building affecting therefore its behavior, these models frequently neglects the interactions between them. In addition, most of them consider the indoor air conditions as uniform, which is clearly a poor assumption when dealing with air conditioned spaces. In this work, a model to predict temperature and moisture fields in conditioned spaces, using zonal approach, is proposed. This method is based in spatially dividing a room in a relative small number of zones, typically on the order of tens to hundreds, where the state variables of air are considered as uniform, with the exception of pressure that varies hydrostatically. Even if zonal models are not as fine-grained as CFD, they do give useful information about temperature and moisture distributions, two important parameters involved in comfort analysis. The proposed model was structured in three groups of sub-models representing the three building domains: indoor air, envelop and HVAC system. The indoor air sub-model is related to the indoor air space with low airflow speed. The envelop sub-model is related to the radiation exchanges between the envelop and its neighborhood, and to the simultaneous heat and mass transfers across the envelop material. The latest can be represented by four sub-models of different complexity levels, with two of them taking into account moisture adsorption and desorption by building materials. Concerning to the HVAC system model, it refers to the whole system that means equipment, control and specific airflow from equipment. All sub-models were coupled into a modular simulation environment, SPARK, particularly well adapted to compare these different models. The applicability of the proposed model is shown in two examples. The first one shows the importance of considering moisture sorption phenomena in the prediction of indoor air conditions, while the second example shows the effect of the outdoor humid air on the indoor air conditions of a conditioned space and on the energy consumption of its air conditioning system

Les procédés de chauffage solaire consistent à coupler des capteurs solaires plans à un plancher chauffant. En pratique, les apports solaires sont complétés par une chaudière d'appoint engendrant l'utilisation d'énergie fossile. Cette étude a permis de développer un procédé de stockage par procédé à sorption solide, dans le but de minimiser l'usage de cette énergie polluante. Son principe se base sur le couplage d'un équilibre liquide/vapeur avec une réaction solide/gaz renversable. Il permet également d'ajouter une fonction de rafraîchissement ponctuelle au procédé solaire. Une modélisation des transferts de chaleur et de masse dans la couche réactive a été réalisée. Elle est basée essentiellement sur les hypothèses d'absence de limitation par cinétique chimique et d'existence de deux fronts raides de réaction, résultant des limitations de transfert thermique et massique couplées. Suite à cette modélisation, deux mises en œuvre ont été optimisées et concrétisées par la réalisation de deux prototypes
The increase of the use of solar energy closely depends on the development of efficient storage processes. In this objective, solid-gas sorption processes are promising because of their high storage capacity and their specific working mode. In this thesis, the integration of a sorption process based on the use of bromide strontium as the reactant and water as the refrigerant fluid is investigated. Combined with flat plate solar collectors and direct floor heating and cooling, it makes it possible to provide a heating but also a cooling storage function. Experimental tests demonstrate the good adequacy of this process to the level of temperature involved in the solar system. The simple model presented allows a fairly good global representation of the coupling phenomena between heat and mass transfer in the reactant. Further use of this model will allow the optimization of the design of the solid-gas reactor according to a power criterion

La rénovation des bâtiments résidentiels très anciens (construits avant toutes réglementations thermiques) est un moyen efficace pour réduire l’énergie consommée par le secteur du bâtiment. Cependant, une hésitation des propriétaires pour passer à l’acte retarde les objectifs fixés pour ce secteur en matière d’économies d’énergie. Cette hésitation vient de la méconnaissance du comportement hygrothermique des matériaux qui ont été utilisés jadis pour la construction et l’inexistence d’outils intégrant des modèles hygrothermiques capables de traiter des situations complexes comme celles rencontrées lors de la rénovation. Pour participer à l’encouragement de la rénovation, ce travail vise à fiabiliser la modélisation hygrothermique des matériaux composants l’enveloppe du bâtiment en travaillant sur les coefficients hygrothermiques mis en jeu pour établir les modèles des transferts couplés de chaleur et de masse. En effet, il y était analysé l’impact du phénomène d’hystérésis dans le processus de sorption d’eau sur les transferts couplés de chaleur et de masse dans des conditions dynamiques. L’effet de la température sur la sorption d’eau via la chaleur complémentaire de sorption et son impact a été examiné. La détermination expérimentale du coefficient de diffusion de la vapeur avec la méthode de la coupelle y était étudiée pour mettre en lumière l’impact que pourraient avoir l’utilisation de cette méthode traditionnelle sur la mesure de ce paramètre. À l’issue de cette analyse, une nouvelle méthode a été proposée et testée pour identifier simultanément le coefficient de diffusion à la vapeur et la perméabilité à l’air. Enfin, en ayant déterminé tous les coefficients caractérisant les transferts, une identification par méthode inverse de la perméabilité relative au liquide pourrait être effectuée. Dans ce travail, une méthodologie a été proposée pour déterminer ce coefficient de transferts de l’eau liquide. Après avoir analysé l’effet de chaque paramètre séparément, une intégration des propriétés modifiées pour analyser l’impact couplé de ces paramètres a été effectuée
The renovation of old residential buildings (built before any thermal regulations) is an effective way to reduce the energy consumed by the building sector. However, owners’ reluctance to take action is delaying the objectives set for this sector in terms of energy savings. This hesitation stems from ignorance of the hygrothermal behavior of the materials used in the past for construction. In addition, the tools that integrate hygrothermal models seem unable to deal with complex situations such as those encountered during renovation. We aim to help make reliable the modeling of coupled heat and mass transfer by working on the hygrothermal coefficients involved to establish the physical models. Indeed, it was analyzed the impact of the phenomenon of hysteresis in the water sorption process on the coupled transfers of heat and mass under dynamic conditions. The effect of temperature on water sorption via complementary sorption heat and its impact was examined. The experimental determination of the vapor diffusion coefficient with the cup method was also studied to highlight the impact the traditional use of this experiment could have on the measurement of the concerned parameter. As a result of this analysis, a new method was proposed and tested to simultaneously identify the vapor diffusion coefficient and the air permeability. Finally, having determined all the coefficients characterizing the transfers, identification by an inverse method of the relative liquid permeability could be carried out. In this work, a methodology was proposed to determine this liquid water transfer coefficient. After analyzing the effect of each parameter separately, integration of the modified properties was performed to analyze the coupled impact of these parameters

L'enjeu de ce travail est la conception et l'expérimentation d'un procédé thermochimique de production de froid à -28 °C à partir de chaleur basse température (70 °C) issue de capteurs solaires plans. Une analyse exergétique du dipôle thermochimique et des cycles thermodynamiques idéaux a conduit à la définition d'un procédé solaire original. Ce procédé met en œuvre deux cycles en cascade fonctionnant en parallèle. Le cycle est discontinu et présente une phase de chauffage et de régénération diurne et une phase de production de froid nocturne. Une simulation dynamique a permis d'analyser son fonctionnement en fonction des conditions météorologiques et du dimensionnement du procédé. Un prototype permettant de couvrir les besoins de froid d'une chambre froide perdant 40 W en continu a été réalisé et expérimenté en conditions réelles sur le site de Perpignan. Il a démontré la faisabilité de ce concept innovant et permis de valider les hypothèses émises lors du développement du modèle. Une étude du fonctionnement du procédé en fonction des conditions climatiques et de la source chaude utilisée (solaire, géothermale ou rejet de chaleur industrielle) a également été menée par simulation. Elle a démontré les potentialités du concept.

La technologie photovoltaïque (PV) est l’une des techniques de production d’électricité renouvelable la plus utilisée. La conversion photoélectrique génère cependant dans les cellules solaires une importante quantité de chaleur, entrainant une significative hausse de leur température de fonctionnement qui impacte fortement le rendement de conversion. Lorsque les panneaux opèrent dans des zones à fort ensoleillement et des conditions climatiques arides, les températures de fonctionnement atteignent des températures de 80°C à 100°C impactant également leur durabilité. Ainsi l’objectif des travaux de thèse réalisés repose sur l’amélioration de la conversion énergétique solaire par, d’une part, une limitation la hausse de température de fonctionnement des modules PV par un refroidissement actif pour en accroitre leurs performances électriques et d’autre par la valorisation en froid de l’énergie thermique générée par un procédé thermique à sorption de gaz. Le but visé est de démontrer la faisabilité technique d’un tel couplage et d’en évaluer la pertinence énergétique. Ainsi, un procédé à sorption de gaz exploitant une solution saturée, permettant d’exploiter la chaleur basse température générée des panneaux PV et la valoriser en froid a été défini, conçu, expérimenté et analysé. Un modèle numérique de ce couplage a été développé et a permis d’évaluer les performances électriques d’une centrale solaire et frigorifique du procédé à sorption couplé thermiquement, dans des conditions réalistes de fonctionnement. Un tel couplage qui permet ainsi une cogénération électricité/froid, montre ainsi qu’il est possible d’améliorer de 10.5 % le gain énergétique global en comparaison de celui de panneaux PV standard, tout en entrainant une faible perte exergétique globale de 1.3 % lié à la conversion supplémentaire de la chaleur en froid
Photovoltaic technology (PV) is one of the most widely used renewable electricity generation techniques. However, the photoelectric conversion process generates a large amount of heat in the solar cells, causing a significant increase in their operating temperature, which has a significant impact on the conversion efficiency. When the panels operate in areas with high solar irradiation and arid climatic conditions, the operating temperatures can reach 80°C to 100°C, which also impacts their durability. Thus, the objective of this thesis work is to improve the global solar energy conversion by limiting the operating temperature increase of PV modules through an active cooling in order to increase their electrical performance and to valorize in cold the thermal energy generated by a gas sorption thermal process. The aim is to demonstrate the technical feasibility of such a coupling and to evaluate its energy relevance. A gas sorption process exploiting a saturated solution, allowing to exploit the low temperature heat extracted from the PV panels and to valorize it in cold has thus been defined, designed, experimented and analyzed. A simulation tool has been developed to evaluate under realistic operating conditions the electrical performance a PV solar power plant and cooling performance of the thermally coupled sorption process. Such a coupling, which allows for electricity/cooling cogeneration, shows that it is possible to improve the overall energy gain by 10.5 % compared to that of standard PV panels, while resulting in a small overall energy loss of 1.3 % due to the additional conversion of heat to cold

La polymérisation de l'éthylène en phase gaz en présence d'un système catalytique supporté en réacteurs à lit fluidisés reste le procédé le plus utilisé pour la production de polyéthylène à basse densité linéaire. De plus, dans le cas du polyéthylène à haute densité, celui-ci représente également une part non négligeable des plants de production à travers le monde. Le procédé en phase gaz offre de nombreux avantages dont un coût d'exploitations inférieures et une flexibilité supérieure en termes de production des différents types de polymères comparé aux autres procédés conventionnels. Cependant, au regard de la nature exothermique de la réaction de polymérisation, la vitesse de la production du polymère dans ces réacteurs est limitée par la vitesse à laquelle la chaleur produite par la réaction peut être évacuée. Si le réacteur ne permet pas l'évacuation de cette chaleur, l'augmentation de la vitesse de production résulterait en une croissance dramatique de la température au sein du réacteur et, par conséquent, à la fusion et l'agglomération du polymère, et finalement à l'arrêt du réacteur. Dans ce cas, dans le but d'avoir une vitesse de production plus importante, il est possible d'utiliser le réacteur susnommé en tant que mode d'opération condensé. Dans le cas de ce mode d'opération, le flux d'alimentation de la phase gaz du réacteur contient non seulement de l'éthylène, de l'azote, de l'hydrogène, et éventuellement un comonomère, mais également un agent condensant inerte (ACI) tels que le pentane ou l'hexane. Dans cette configuration, le flux d'alimentation est en partie liquéfié dans un échangeur de chaleur externe en le refroidissant sous le point de rosée du gaz. Par vaporisation de la phase liquide dans le réacteur, une quantité plus importante de chaleur peut être retirée de l'environnement du réacteur grâce à la chaleur latente associée à la vaporisation. Cela permet d'obtenir un rendement plus élevé de l'espace pour ce réacteur et par conséquent une vitesse de production supérieure

Le mémoire de thèse se rapporte à l'étude théorique et expérimentale du fonctionnement en semi - continu d'une machine à sorption solide à bi - régénération. L'étude théorique porte sur les méthodes d'analyse thermodynamique (entropique, exergétique et d'optimisation), des échanges et des dégradations d'énergie dans les composants et le système, et sur la modélisation du fonctionnement de la machine pour la maîtrise des commutations et de la récupération d'énergie dans les générateurs. La caractérisation des transferts calorifiques et l'influence des conductances thermiques de contact et globale au sein du milieu poreux du générateur ont été examinées. La partie expérimentale concerne la mise au point des nouveaux générateurs, l'influence des paramètres de fonctionnement en semi-continu, charges massiques et calorifiques, sur les performances du système et les essais en condensation du frigorigène. Ceci a permis la détermination des critères de commutations et de réduction du temps de phases du cycle de fonctionnement du système
The report of thesis relates to the theoretical and experimental study of the semi - continuous operation of a bi - regeneration solid sorption machine. The theoretical study relates to the thermodynamic analysis methods, (entropic, exergetic and optimization) of the exchanges and degradations of energy in the components and in the system, and to the modelling of the operation of the machine for the mastery of the switchings and the recovery of energy in generators. The characterization of the calorific transfers and the influence of the total and contact thermal conductances within the porous medium of the generator were examined. The experimental part relates to the development of the new generators, the influence of the semi-continuous operation parameters, mass and calorific loads, on the performances of the system and the tests in condensation of the refrigerant. This allowed the determination of the criteria of switchings and reduction the time of phases in the operation cycle of the system

Le but de ce travail que nous avons realise est de contribuer a une meilleure comprehension du fonctionnement d'un tissu vestimentaire au cours des transferts de la masse et de la chaleur. Nous avons mene ce travail en trois orientations. Dans le premier, on a modelise les transferts de masse et de chaleur a travers le tissu, ce qui nous a permis de mieux voir tous les phenomenes qui peuvent se produire a l'interieur d'un tissu. Nous avons mis en evidence le phenomene de sorption et l'elevation non negligeable de la temperature du tissu. Nous avons montre pour la premiere fois qu'un tissu est la somme de trois phases dont les parametres thermodynamiques sont differents. En parallele nous avons mis en place un appareil pour mesurer la permeabilite a la chaleur et a la vapeur d'eau d'un tissu vestimentaire. Cet appareil est concu pour simuler des situations thermiques varies d'un vetement (temperature et humidite de l'environnement qui entoure le tissu : air confine et air ambiant, mouvement du tissu, agitation de l'air ambiant). Nous avons prouve les phenomenes de sorption qui se manifestent a l'interieur du tissu. Nous avons egalement montre que ce phenomene freine la diffusion de la vapeur d'eau a travers l'epaisseur du tissu. Malheureusement, par manque de temps, nous n'avons pas pu continuer au dela des resultats presentes dans ce rapport. Dans la derniere partie, nous avons etudie l'interaction entre l'eau et le tissu. Pour la premiere fois la balance chan est utilisee pour mesurer une force entre une goutte d'eau et un tissu. Les resultats obtenus mettent en evidence l'importance de la taille de la goutte et de la structure des tissus quant a l'impregnation et au collage d'un tissu a la surface de la peau. Ces resultats nous ont permis de montrer la fiabilite de cette balance pour determiner la force de collage entre le tissu et un support solide contenant une goutte d'eau.

Le présent travail a pour objectif de comprendre l’influence des paramètres géométriques des éco-matériaux d’enveloppe, tels que le béton de chanvre, sur les mécanismes de transferts couplés de chaleur, d'air et d’humidité afin de prédire le comportement du bâtiment dans le but de le piloter et de l’améliorer dans sa durabilité. Pour cela, une approche multi-échelle est mise en place. Elle consiste à maîtriser les phénomènes physiques dominants et leurs interactions à l’échelle microscopique. S’ensuit, une modélisation à double échelle, microscopique–macroscopique, des transferts couplés de chaleur, d’air et d’humidité qui prend en compte les propriétés intrinsèques et la topologie microstructurale du matériau moyennant le recours à la tomographie rayon X conjuguée à la corrélation d’images 2D et 3D. Pour cela, une campagne de caractérisation fine des propriétés physiques et hygrothermiques du béton de chanvre confectionné au laboratoire a été réalisée. Elle s’est focalisée sur l’étude de l’impact du vieillissement, l’état thermique et hydrique du matériau sur ses propriétés intrinsèques. Les résultats montrent une excellente capacité d'isolation thermique et de régulation naturelle d’humidité du béton de chanvre. Puis, une caractérisation microscopique par différentes techniques d’imagerie a été effectuée. Les reconstructions 3D du matériau réel scanné au tomographe aux rayons X à différentes résolutions montrent que le béton de chanvre possède plusieurs échelles de porosité, allant de la microporosité au sein du liant et des chènevottes à la macroporosité inter-particulaire. Le comportement hygro-morphique sous sollicitations hydriques a été ensuite étudié. Les résultats de la corrélation d’image numérique 2D et de la tomographie aux rayons X couplés à la corrélation d’images volumiques, montrent la nature du comportement du béton de chanvre soumis à des hygrométries différentes. En effet, la chènevotte subit des déformations plus importantes que le liant, causant ainsi des modifications de la microstructure du matériau. Sur le volet de la modélisation, moyennant la technique d’homogénéisation périodique un modèle des transferts couplés de chaleur, d’air et d’humidité dans les matériaux poreux de construction a été développé. Les tenseurs de diffusion et de conductivité thermique homogénéisés ont été calculés numériquement. Ensuite, une confrontation entre les résultats du calcul des coefficients de diffusion macroscopique et ceux expérimentaux obtenus au LaSIE a été réalisée. Elle met en évidence la qualité de la prédiction. De plus, la conductivité thermique de la phase solide a été ainsi déduite. Les résultats obtenus dans le cadre de ce travail de thèse ont mis en exergue l’influence de l’état hydrique et thermique du béton de chanvre sur ces propriétés intrinsèques, et sa microstructure très hétérogène. Ils ont révélé aussi les limites des approches phénoménologiques basées sur l’établissement des bilans de masse, de quantité de mouvement et d’énergie
The aim of this work is to understand the influence of the geometric parameters of envelope eco-materials, such as hemp concrete, on the mechanisms of coupled heat, air and moisture transfers, in order to predict behavior of the building to control and improving it in its durability. For this a multi-scale approach is implemented. It consists of mastering the dominant physical phenomena and their interactions on the microscopic scale. Followed by a dual-scale modeling, microscopic-macroscopic, of coupled heat, air and moisture transfers that takes into account the intrinsic properties and microstructural topology of the material using X-ray tomography combined with the correlation of 2D and 3D images. A characterization campaign of physical and hydrothermal properties of the hemp concrete manufactured in the laboratory was carried. It focused on studying the impact of aging, thermal and hydric state of the material on these intrinsic properties. The results show an excellent thermal insulation and natural moisture regulation capacity of hemp concrete. Then, a microscopic characterization by different imaging techniques was performed. The 3D reconstructions of the real material scanned with X-ray tomography at different resolutions show that hemp concrete has several scales of porosity, ranging from micro-porosity within the binder and hemp shiv to the inter-particle macro-porosity. The hydromorphic behavior under hydric solicitations was studied. The results of the 2D digital image correlation and X-ray tomography coupled with the volumetric image correlation show the nature of the behavior of hemp concrete subjected to different relative humidities. In fact, the hemp shiv undergoes greater deformations than the binder, thus causing changes in the microstructure of the material. On the modeling part, a model of coupled heat, air and moisture transfer in porous building materials was developed using the periodic homogenization technique. The homogenized tensors of diffusion and thermal conductivity were determined numerically. Then, a confrontation between the results of the calculation of the macroscopic diffusion coefficients and the experimental results obtained at the LaSIE was carried out. It highlights the quality of the prediction. In addition, the thermal conductivity of the solid phase was thus deduced. The results obtained in the framework of this PhD thesis have highlighted the influence of the hydric and thermal state of the hemp concrete on these intrinsic properties and its very heterogeneous microstructure. They also revealed the limitations of phenomenological approaches based on the establishment of the balances of mass, amount of motion and energy

Les systèmes de stockage de chaleur par sorption (SSCS) ouvrent de nouvelles perspectives dans l'exploitation de l'énergie solaire pour le chauffage des bâtiments résidentiels. En effet, ces systèmes sont très prometteurs dans la mesure où ils permettent un stockage de chaleur sur de longues périodes (le stockage est réalisé sous forme de potentiel chimique) et offrent des densités énergétiques importantes (jusqu'à 230 kWh/m3 de matériau en moyenne) en comparaison aux systèmes classiques comme le stockage par chaleur sensible (qui, pour le cas de l'eau, dispose d'une densité énergétique moyenne d'environ 81 kWh/m3 de matériau pour une variation de 70°C) et le stockage par chaleur latente (qui atteint des densités énergétiques de 90 kWh/m3 de matériau).La présente thèse vise à étudier les performances d'un système de stockage de chaleur par sorption à base de zéolithe 13X intégré à un bâtiment type basse consommation. Des modèles mathématiques de transferts couplés de masse et de chaleur des différents composants du système sont développés et validés par le biais de l'expérimentation. La simulation numérique dynamique, comme outil de dimensionnement, permet, à partir des résultats d'analyses de sensibilité paramétrique sur les différents composants du système, l'étude de son fonctionnement et les critères de sa faisabilité
Sorption heat storage systems (SHSS) open new perspectives for solar heating of residential buildings. These systems allow long term heat storage (storage is done in the form of chemical potential) and offer high energy densities (up to 230 kWh/m3 of material on average) compared to conventional heat storage systems such as sensible heat storage (which, for the case of water, has an average energy density of approximately 81 kWh/m3 of material for a temperature change of 70 °C) and latent heat storage (nearly reaching energy densities of 90 kWh/m3 of material on average).This thesis aims to study the performance of a sorption solar heat storage system on zeolite 13X, integrated to low-energy building. Mathematical models of coupled heat and mass transfer of various components of the system are developed and validated through experimentation. Numerical dynamic simulations allow to study the functioning of the SHSS in specific conditions, and its design with the results from the parametric sensitivity analysis on its components